钠离子电池新进展:低温溶剂热-球磨制备方法提

近日,大连化物所储能技术研究部李先锋研究员、张华民研究员、郑琼副研究员带领的研究团队,在钠离子电池聚阴离子型正极材料研究方面取得新进展,研究成果发表于《美国化学会能源快报》上。

三氟磷酸钒钠具有由[V2O8F3]双八面体与[PO4]四面体间隔性的联结形成的三维网状结构,有利于Na 的快速嵌入和脱出。其理论能量密度为500Wh/kg,与LiFePO4在锂离子电池中的能量密度相当,近年来备受关注。

赵君梅团队长期致力于氟磷酸钒钠的低能耗绿色合成。最近,在针对氟磷酸钒钠进行了一系列水热/溶剂热合成方法系统研究之后,他们进一步提出以钒渣萃取提钒得到的偏钒酸钠溶液为钒的原料,直接制备氟磷酸钒钠,开发了一种便利的室温可控制备技术,这将使该材料的生产成本大大降低。

研究团队提出了一种低温溶剂热-球磨制备方法,实现了高电导性碳包覆氟磷酸钒钠的绿色经济合成。研究发现低温溶剂热过程中溶剂种类和pH值对Na3V2(PO4)2F3形貌和产物纯度起到关键作用。在乙醇和水共混溶剂的酸性环境中,晶体具有很高的表面能,可以获得高纯度且高产率的Na3V2(PO4)2F3。有效提高了其离子扩散和电子传导能力。由Na3V2(PO4)2F3组装的钠离子电池在0.5C的电流下具有138mAh/g的高比容量,在40C的大电流下其容量仍能维持122mAh/g。该低温溶剂热-球磨方法将为低成本、高性能钠离子电池技术的实用化提供一种新的策略。

研究团队提出了一种低温溶剂热-球磨制备方法,实现了高电导性碳包覆氟磷酸钒钠2F3)的绿色经济合成。研究发现低温溶剂热过程中溶剂种类和pH值对Na3V22F3形貌和产物纯度起到关键作用。在乙醇和水共混溶剂的酸性环境中,晶体具有很高的表面能,可以获得高纯度且高产率的Na3V22F3。有效提高了其离子扩散和电子传导能力。由Na3V22F3组装的钠离子电池在0.5C的电流下具有138mAh/g的高比容量,在40C的大电流下其容量仍能维持122mAh/g。该低温溶剂热-球磨方法将为低成本、高性能钠离子电池技术的实用化提供一种新的策略。

据悉,这是首次报道室温一步可控合成一种聚阴离子化合物,也是对正极材料的常规高温固相法以及水热合成法的挑战。

钠离子电池具有资源丰富、低成本、高性价比等优点,在电动自行车、低速电动车、分布式储能、大规模储能领域具有很好的应用前景。钠离子电池与锂离子电池工作原理相似,正极材料决定钠离子电池能量密度。聚阴离子型化合物具有较高电压、较高理论比容量、结构稳定等优点,成为钠离子电池正极材料的优选之一。

钠离子电池作为后锂时代代表性的成员,在大规模储能系统中极具吸引力和应用前景。钠离子电池材料由于其资源丰富、成本效益高且使用寿命长的优点使得人们对钠离子电池的研究成为热点。聚阴离子型钠基材料是SIBs中最具应用前景的电极材料之一,它们具有较好的结构稳定性,安全性和较高的工作电压。然而,这种材料相对较低的导电率和比容量限制了它们的应用。

“这一研究成果必定会加速氟磷酸钒钠的工业化进程。”赵君梅认为。

为提高其倍率性能、优化全电池性能,以及进一步降低材料制备成本、实现材料规模化制备,是急需攻破的难题。研究人员在钠离子电池聚阴离子型正极材料的结构基元调控、钠脱嵌机制、碳复合制备、全电池及软包电池构建等方面展开了系列研究,实现了高性能三氟磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、磷酸钒钠等钒基聚阴离子型化合物的高效合成及应用。

钠离子电池具有资源丰富、低成本、高性价比等优点,在电动自行车、低速电动车、分布式储能、大规模储能领域具有很好的应用前景。钠离子电池与锂离子电池工作原理相似,正极材料决定钠离子电池能量密度。聚阴离子型化合物具有较高电压、较高理论比容量、结构稳定等优点,成为钠离子电池正极材料的优选之一。为提高其倍率性能、优化全电池性能,以及进一步降低材料制备成本、实现材料规模化制备,是急需攻破的难题。研究人员在钠离子电池聚阴离子型正极材料的结构基元调控、钠脱嵌机制、碳复合制备、全电池及软包电池构建等方面展开了系列研究,实现了高性能三氟磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、磷酸钒钠等钒基聚阴离子型化合物的高效合成及应用。

一类重要的钠离子电池正极材料“聚阴离子化合物氟磷酸钒钠”的规模化低成本制备正在制约其商业化进程。这类材料具有高达480 Wh/kg的能量密度,如果氟磷酸钒钠能够工业化应用,全电池的能量密度可以和锂离子电池相媲美。该材料自1999年由法国科学家J.-M. Le Meins首次报道以来,一直沿用的是高温固相的合成方法,高能耗导致了该材料的高成本。

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钠离子电池新进展:低温溶剂热-球磨制备方法提高合成效率广东11选5代理。钠离子电池新进展:低温溶剂热-球磨制备方法提高合成效率广东11选5代理。大连化物所储能技术研究部李先锋研究员、张华民研究员、郑琼副研究员带领的研究团队,在钠离子电池聚阴离子型正极材料研究方面取得新进展,研究成果发表于《美国化学会能源快报》上。

近日,记者从中国科学院过程工程研究所获悉,该所绿色化工研究部副研究员赵君梅团队研发了一种聚阴离子化合物低成本便利的室温可控技术,并首次合成了钠离子电池高电压正极材料氟磷酸钒钠,该材料未经过任何的后处理即具有优异的倍率性能和长循环性能,可以说有关氟磷酸钒钠的实验室研究目前已达到国际领先水平。研究成果近期发表于《细胞》出版社能源旗舰期刊《焦耳》。

鉴于锂资源价格昂贵、地质储量有限等对锂离子未来发展的限制,与锂离子电池具有相似工作原理的钠离子电池被寄予厚望。“钠在地壳中的储量远高于锂,有望支撑大规模储能技术的可持续发展。”赵君梅告诉《中国科学报》记者。

研究人员介绍,通过这一方法获得的氟磷酸钒钠是一种具有多壳层微观结构的微球,其形成机理主要是基于原位生成的气泡作为软模板,且气—液—固界面发生层层自组装的结果。

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